Квантово-каскадные лазеры: исследования в области оптики
Современная лазерная оптика стоит на пороге значительных достижений благодаря исследованиям в области квантово-каскадных лазеров (ККЛ). В недавнем исследовании ученые изучили, как генерировать короткие лазерные импульсы с помощью когерентной синхронизации мод в ККЛ с быстрым временем релаксации. Это открытие может привести к новым возможностям в сверхбыстрой оптике, обеспечивая более надежные и мощные лазеры для различных приложений.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
- Павел Журавлев
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Ложь мешает развиваться стране: в РФ заявили о провале гражданской авиации
Российская авиационная промышленность оказалась не готова к выполнению поставленных задач. Глава комиссии Ространснадзора заявил, что в стране полностью...
Газовые надежды России: «Сила Сибири – 2» и реалии восточного экспорта
В 2000-х годах Россия громогласно объявила о своем намерении продлить свои газовые горизонты в Азию, задумав новый трубопровод – «Сила Сибири – 2». Душевных...
На ТМЗ идет подготовка к производству новой серии двигателей
Дочернее предприятие компании «Камаз» в Ярославской области ПАО «Тутаевский моторный завод» (ТМЗ) готовит к выпуску новую серию двигателей с улучшенными...
Роберт Кийосаки: «Здравствуй, кризис!»
Известный инвестор и автор нашумевшей книги «Богатый папа, бедный папа» Роберт Кийосаки снова в ударе. На своей странице в одной из крупных социальных сетей он...
Подсанкционный» Ту-214 оказался круче, чем Боинг 737 Next
Американские авиастроители попали в «цикл страдания», не в силах создать что-то новое...
Приднестровье выстояло без газа. Блокада теперь выйдет боком Молдове
«Полное фиаско» команда Санду потерпела уже как минимум в десятке молдавских сел, расположенных вдоль границы с Приднестровьем...
Свидетельства неслучайной экокатастрофы в Керчи: вскрылись факты нарушений
СМИ вскрыли новые факты о вопиющих нарушениях владельцев танкера «Волгонефть-212». Список виновников ЧП в Керченском проливе может значительно увеличиться...
Китай ввел в эксплуатацию крупнейшую ГАЭС в мире
Китай достроил последний двенадцатый энергоблок и полностью ввел в эксплуатацию крупнейшую в своем роде гидроаккумулирующую электростанцию (ГАЭС), еще больше...
США ввели санкции против добычи лития в России
В пятницу все заголовки новостей начали гудеть о том, что США ввели санкции против ООО «Полярный литий» – совместного предприятия компании «Норникель» и...
Ни мотора, ни крыла: вместо отечественных самолетов — воздушные замки
Импортозамещение в авиапроме возможно только при мобилизационном режиме...
«Большой хапок» 90-х — предприятия олигархов начнут национализировать
Государство возвращает имущество, утраченное в результате сомнительных процессов...
«Газпром» наступил на грабли, на которые в крупном бизнесе многие наступают
«Национальное достояние» сокращает штат, сотни управленцев шокированы, но в стране много мест, где требуются мозги...
Авиапром РФ сдался: власти снизили план выпуска гражданских самолётов
В РФ значительно сократили план выпуска пассажирских самолётов. Власти снизили планку по развитию авиапрома...
На заседании Госдумы призвали отнять у Набиуллиной «ядерную кнопку»
«С декабря пошла волна пугания наших людей тем, что будут заморожены банковские клады. У нас 30% людей имеют депозиты»...
Предприятие «Юнистим» в Миассе расширяет производственные мощности
«Завод паровых установок Юнистим», располагающийся в городе Миасс (Челябинская область), заявил о планах по развитию производства. Так, на предприятии решили...
В Газпроме тяжелые времена: стало известно, сколько сотрудников «под нож»
В «Газпроме» готовятся массовые увольнения на фоне экономических сложностей. Персонал центрального аппарата могут сократить почти вдвое...